软硬件结合的《通信原理》实验教学设计

摘要：通信类、电子信息类专业培养的人才以实践动手能力强的应用型人才为目标。《通信原理》课程作为该类专业的专业基础课，其课程起到承上启下的作用。但本课程理论复杂、逻辑性强、课程抽象，使得该课程的教与学都存在一定的困难，如学生难以激发学习激情，教师为某一理论而花费大量的时间和口舌，但效果却不尽如人意。因此，本文提出了以软硬件结合的实验教学作为课程学习的重要辅助手段，可高效地精简教师的教学过程，提高学生的学习兴趣，培养高素质应用型人才。

关键词：通信原理;硬件实验;软件实验

中图分类号：G420   文献标识码：J   论文编号：1674-2117（2015）06-0085-03

● 引言

《通信原理》课程是高等院校通信工程专业及电子信息类专业本科生的一门必修专业基础课，是一门由基础课过渡到专业课、工程性和综合性都很强的主干课程。其前续课程有概率论与随机过程、信号与系统、通信电路等，这些课程具有理论复杂、概念抽象、逻辑性强等特点，学生在学习的时候往往会感到力不从心，很难产生学习兴趣。而该课程的后续课程有移动通信、无线通信、通信网等专业课，这些专业课学习的好坏直接影响着学生的就业和专业前途。由此可见，《通信原理》课程在通信和电子信息工程专业中占有非常重要的地位。因该课程涉及的课程多、涵盖内容广，故《通信原理》课程的教学包含了理论和实验两个环节。为了让学生喜欢并更好地学习这门课程，掌握现代通信理论和通信工程技能、并重视实验，教师在实验内容、实验方法和实验手段上进行因材施教是十分必要的。

● 《通信原理》教学实验内容设计

目前，我校信息类课程在传承经典内容基础上，注意掌握信息技术发展的动向，不断吸收新理论和新技术。以“课程群”为核心，建设完善信息类课程体系和实验体系，以开拓、创新的精神进行教学改革，创建精品课程。通过全体教师的教学探索和大胆改革，我校信息类课程的教学质量有了很大程度的提高量。

虽然我们进行了各种教学改革尝试，也取得了一定的成效，但在培养学生动手能力方面还需进一步加强。《通信原理》的教学目标是运用理论课学习的原理、结论和方法设计实际的通信工程项目。要达到这一目标，设计一些贴近理论又有趣味性的实实在在的小实验，让学生充分沉浸于实验的情境中，运用各种实验技巧，进行实验操作，得出实验数据和结论，是培养学生成为积极主动学习者的关键之路。

1.《通信原理》教学体系建设

我校的办学定位为“教学研究型”，学院的人才培养目标是“培养信息工程领域具有较深理论基础、较宽适应范围，以工程实践能力强为特色的创新型应用人才”。

为达到我校人才培养目标，培养学生扎实的理论基础、突出的分析问题和解决问题的能力，使学生成为创新型和应用型专业人才，经过课程组成员的深入讨论和研究，一致认为在进行教学实验设计的时候应该突出前续课程的承接性和后续课程的延续性，因此，一个连贯有序的课程教学体系是基础和关键。上页图1为我们目前《通信原理》课程群建构的课程体系。

图1的课程体系是按照教学顺序纵向安排的，理论知识也是按照课程之间的逻辑关系分为先后学习的，这样的安排，有利于学生循序渐进地掌握课程体系的知识，以及掌握课程（知识点）之间的衔接关系，从而激发学生求知的欲望，建立通信领域的知识（技术）体系，并能够综合运用相关知识解决问题。

2.《通信原理》教学内容设计

《通信原理》的教学从通信系统的通信目的出发，以各种调制技术的分析为主线，紧紧围绕通信系统的有效性和可靠性这对矛盾进行阐述，通过对比各种基本通信系统的性能指标进行比较和评价。因此，在教学内容的设计上，教师应精选典型通信系统模型，逐层打开通信原理技术要领，让学生在一种真实的学习意境中领悟知识精髓。基于此，教学内容的设计必须能与实验教学相得益彰，教师不仅要讲清讲透通信理论的基本知识点，更要将教学内容搬进实验室，充分利用软硬件实验条件，将教学内容移植于实验教学当中去。如图2所示，即为我们课程组设计的基于软硬件实验的《通信原理》教学内容。从图2可以看出，我们设计的教学内容能够提供充分的实验理论依据，可实现实验教学与理论教学的并行开展。

3.《通信原理》软硬件实验设计

实验作为教学的有效辅助手段，在《通信原理》课程学习中已经发挥出越来越明显的效果，因此充分利用实验条件，采用软件建模仿真或编程与硬件实验相结合的方式，可有效发挥实验教学的能效，提高教学效率。

（1）硬件实验设计

《通信原理》的硬件实验，我校目前使用的是武汉重友科技有限公司开发的某款实验箱。该实验箱采用模块化设计，包括信号源、编译码单元、调制单元、解调单元、位同步单元、帧同步单元、载波同步单元、数字终端等，涵盖的教学内容包括信源编码技术、数字基带通信技术、数字带通通信技术以及同步和复用技术。在实验当中，可根据实验内容自由组合，利用示波器和频谱仪测试实验数据，验证不同的通信理论。根据教学内容，本课程开设了数字基带信号、数字调制、数字解调、数字基带传输系统、PCM编译码、时分复用通信系统、位同步、载波同步和帧同步实验。硬件实验箱平台全部采用模块化结构，各个模块既能完成整个通信系统中对应单元部分实验，又能由学生用单元模块构建一个完整通信系统进行系统实验，有助于学生理解通信系统中各要素的作用。但硬件实验箱的弊端就是只能进行理论验证，无法进行综合性实验，尤其是二次开发，不利于学生对通信新技术和工程实现进行全面了解。

（2）软件实验设计

目前，在《通信原理》的教学中，常用的教学软件就是MATLAB，利用MATLAB软件强大的图形功能和良好的人机交互窗口，学生可以自如地进行建模仿真和程序编写。本课程中的很多知识点都可以通过MATLAB进行仿真。上页表列出了对应教学内容的软件实验。图3展示了其中的部分实验运行界面。

从图3可以看出，通过程序运行仿真，可将抽象问题形象化，复杂问题简单化，让枯燥的理论生动具体立体化，从运行的图形（波形）界面中进一步理解和掌握知识。通过软件实验，可简化教学环节，让冗长的教学变得简练，提高教学效率。

● 结束语

通过一学年的实验教学改革试点教学，基于软硬件实验为主要辅助手段的《通信原理》教学，有效地解决了理论教学和实践教学相脱节的现象，充分地调动了学生的学习自主性，在独立完成实验任务的过程中，每位学生的创新能力和解决问题的能力都得到了不同程度的锻炼和提高，同时也大大缩减了教学时间，提高了教师的教学时效。

参考文献：

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